中国在量子领域的创新程度如何？【5-2】中国在哪些量子领域创新

抖音热门 2025年08月05日 05:55 2 admin

中国在哪些量子技术领域进行创新？

中国在量子通信方面具有显著领先优势，而美国在量子计算方面具有显着领先优势。一位专家指出，这种差异强调了两种截然不同的国家战略，用来引导量子技术领域：美国投资于量子计算的长期潜力，量子计算是一种不太成熟但非常有前途的技术，在多个行业具有广泛的适用性，而中国则专注于量子通信的即时和安全应用，这是一套更成熟的技术，市场范围更窄。2013年斯诺登泄密事件后，当前中国国家领导人出于对中国通信潜在漏洞的担忧，在“十三五”规划中将量子通信和安全列为优先事项。从那时起，中国一直在迅速采取行动，巩固其在全球安全通信竞赛中的领先地位，特别是在量子密钥分发方面，这可能是安全通信中最先进的子领域，利用量子力学原理创造了一种几乎牢不可破的数据加密方法。有些陆基系统使用光纤电缆在城市之间或邻近区域之间安全地传输数据，

而基于卫星的系统可以在更远的距离甚至全球范围内连接安全通信。中国对该技术进行了最雄心勃勃的示范，即通过所谓的“京沪干线”，这是世界上最长的QKD网络，使用光纤电缆延伸超过1,200英里。为了进一步扩大安全通信，中国已将卫星链路纳入该网络。这些卫星链路允许在相距太远而无法通过光纤直接连接的地点之间（例如不同大陆之间）安全地传输数据，从而保持安全的量子通信，远远超出了仅使用陆基系统所能达到的水平。随着2016年墨子号卫星的发射，中国的QKD雄心又向前迈进了一步，该项目超越了“京沪干线”所取得的令人印象深刻的成就。由中国科大及其团队领导，与中国科学院合作，墨子号成为世界上第一颗量子科学卫星。它开创了数千英里安全量子通信的先河，成功地在亚洲和欧洲之间传输量子密钥，这项壮举涉及与奥地利研究团队的合作。

通过实现跨大陆的量子密钥交换，墨子号展示了建立全球量子互联网的潜力，该网络将使用量子技术以比当今互联网安全得多的方式传输信息，从而保护数据不被拦截或篡改。墨子号证明，量子通信可以跨越全球，超越本地网络，创造一个安全的互联世界，远远超越“京沪干线”，标志着中国成为全球安全通信未来的领导者。

其他国家认识到在QKD领域保持竞争力的重要性，并进行了投资以保持领先地位，但美国却落在了后面。欧盟已经启动了EuroQCI项目，这是一项在整个欧洲开发安全量子通信网络的重大举措，韩国正在开发自己的全国性量子密钥分发骨干网，但在美国没有看到这样的投资。美国量子经济发展联盟2024年的一份报告写道：“目前，美国政府没有投资于此类试验台或演示，确保了它在该领域技术进步的发展中是追随者而不是领导者。”然而，中国落后的地方是量子计算。中国在多个领域都明显落后，包括硬件开发和算法复杂度。首先，在硬件发展上，美国领先于中国。要构建一台功能性量子计算机，必须创建一个物理系统，对量子位（量子比特）进行编码，然后控制和操作量子位来执行计算。目前有两项领先技术可以做到这一点，美国公司在这两项技术的开发中处于领先地位。

第一种方法使用被困在真空中的原子离子（例如铍离子）来表示量子位。与传统电路不同，在传统电路中，比特在电路的不同组件中移动，这种方法中的量子比特（即离子）被保持在适当的位置并由电场操纵。IonQ是第一家通过亚马逊Braket、微软Azure和谷歌云等云平台提供基于离子的量子计算机的美国公司，霍尼韦尔量子解决方案公司在基于离子的系统中创造了性能和错误率的记录，这些公司的努力体现了美国在这一领域的领导地位。构建量子计算机的第二种方法（也是主要方法）使用了超导材料的独特性质。当某些材料，如金属铌，变得非常冷时，它们会失去电阻，可以传输电子并导电。特别是，它们不仅充当超导体，而且还开始表现出量子力学效应。这些金属可用于创建量子晶体管，就像硅用于构建经典晶体管一样。我们采访的专家指出，IBM、谷歌和Rigetti等

美国公司及其加拿大D-Wave等盟友拥有一些使用超导量子位的最先进的量子处理器。他们在量子位相干时间和错误率方面取得了突破，这是扩大超导量子计算机规模的关键因素，而中国在这一领域的进展缓慢且不稳定，在生产高质量、可扩展量子位的能力方面往往落后。然而，中国最近取得的成就，例如SpinQ出口首款国产超导量子芯片，表明它正在努力缩小差距。中国对近期量子技术的战略重点使其能够在更接近市场准备的技术方面处于领先地位，但它可能忽视了量子计算的未来潜力。其次，在算法开发或在量子计算机基础上运行的构建模块方面，美国再次领先于中国。两种最著名的量子算法，即用于分解大数的肖尔算法和用于更快地破译加密消息的格罗弗算法，都是由美国研究人员开发的。美国公司以及英国Quantinuum和澳大利亚Q-CTRL等盟国公司在将量子算法

应用于现实世界问题方面处于领先地位。一位专家指出，中国的努力虽然在不断增长，但尚未与其他国家举措的深度和广度相匹配，导致它们在开发可充分利用量子硬件潜力的量子软件方面落后。据参与者称，在量子传感领域，领导地位的争夺非常激烈，这在现有的量子文献中也得到了呼应。一些被高度引用的研究表明，中国有微弱的领先优势，而最近的其他研究则表明，美国对中国的领先优势很明显。研究产出的创新指标（见下文）显示，该技术的研究实际上不分上下。该领域的领导地位对于近期应用至关重要，因为量子传感技术是最先进的技术之一，其中一些技术已经达到了很高的成熟度。这些技术已经进入各种工业应用，提供了传统传感器无法比拟的更高灵敏度和新功能。在医疗保健领域，它们正在实现更精确的心脏监测和先进的脑机接口。中国军方声称正在使用

这些传感器来检测潜艇和其他隐藏的威胁。在材料科学领域，这项技术正在以前所未有的详细程度改进缺陷检测。总体而言，中国对近期量子技术的战略重点使其能够在更接近市场准备的技术方面处于领先地位。一些专家指出，由于优先考虑这些眼前的利益，中国可能会忽视量子计算的未来潜力——尽管目前面临发展挑战，但这项技术有望彻底改变从制药到金融等行业。事实上，全球量子技术生态系统在这三个领域的市场规模上呈现出明显的层次结构。据麦肯锡估计，到2040年，量子计算将占据整个量子技术市场的87%左右，而量子通信预计将占7%左右，量子传感占6%。

也就是说，今天押注在一个小的确定性上可能比明天的一场大赌博更有价值，因为量子通信的好处是显而易见的，而量子计算的规模和回报仍然不确定。

中国如何在量子技术领域进行创新？

从我们的圆桌讨论中，出现了几个关键主题，这些主题有助于解释为什么尽管中国的产业规模很小，但中国的量子生态系统始终超常发挥。首先，参与者指出，中国的量子方法优先考虑将创新转化为有形产品。他们指出，与通常注重知识创造的美国不同，中国确保创新从实验室无缝转移到市场。事实上，中国政府在连接研究机构与工业界方面发挥着关键作用。这种联系在合肥等地尤其明显，合肥国家高新技术产业开发区充当了学术研究和商业应用之间的桥梁。在该区域内，政府举措的重点是使科学突破与工业需求相结合，促进大学、研究实验室和私营企业之间的合作。事实证明，这种方法在量子技术方面特别有效，合肥正在成为量子企业的中心枢纽。这一成功整合的典型例子是合肥国家高新技术产业开发区内的量子大道，它已成为中国量子技术产业的灯塔。

云飞路这一专业区据称入驻了约20家量子科技企业，体现了该区作为量子企业重点孵化器的作用。【未完待续】请继续关注下一期。